n型XNiSnハーフホイスラーにおける熱電パワーファクター向上のための不純物バンド形成

バンド構造エンジニアリングは熱電性能向上のための重要なルートです。ここでは、X = Tiに基づくXNiCu_ySnハーフホイスラーサンプルについて20–50%のゼーベック（S）向上を報告します。この新規な電子効果は、Cuドーパントに起因する有限幅の不純物バンドの出現に帰属されます。分散、幅、および母材に対するオフセットに応じて、これらのバンドは異なる程度でSを向上させることが示されました。実験的に、この効果はサンプルのTi含有量で制御可能であり、Zr/Hfの添加により向上が徐々に除去されます。同時に、移動度はほぼ維持され、室温付近で≥3 mW m⁻¹ K⁻²のパワーファクターが可能となり、高温では≥5 mW m⁻¹ K⁻²に増加します。Cu格子間原子による熱伝導率の低下と相まって、Ti含有量70%以上のXNiCu_ySn組成で320–793 Kの間で高い平均zT = 0.67–0.72が実現されます。本研究は、通常単一キャリアポケットにより制限されるn型XNiSn材料における電子性能向上の新しいルートの存在を明らかにしました。原理的に、不純物バンドは他の材料にも適用でき、さらなる発展のための新しい方向性を提供します。